KR20180047074A - Touch panel using humidity sensor and display device comprising the same - Google Patents

Touch panel using humidity sensor and display device comprising the same Download PDF

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KR20180047074A KR1020160142755A KR20160142755A KR20180047074A KR 20180047074 A KR20180047074 A KR 20180047074A KR 1020160142755 A KR1020160142755 A KR 1020160142755A KR 20160142755 A KR20160142755 A KR 20160142755A KR 20180047074 A KR20180047074 A KR 20180047074A
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Abstract

The present invention relates to a touch panel including capacitive humidity sensors and a display device including the same. More specifically, the touch panel including the humidity sensors includes: a substrate; a lower electrode layer formed in a predetermined area on the substrate; a humidity sensing layer which is made of a polymer patterned on the upper part of the lower electrode layer; and an upper electrode layer formed on the upper part of the humidity sensing layer. The humidity sensing layer is formed by spin-coating a polyimide-based material and heat-treating the spin-coated polyimide-based material to cure the polymer and executing an etching process using a mask pattern to pattern the polymer. The mask is manufactured by using a photosensitive liquid in case of the etching process using the mask pattern. A vacuum in a predetermined chamber is set at 400-500 mTorr while having the power of 600-900W and a substrate temperature in the range of 70-90°C to execute a plasma etching process with CF_4 < O_2 gas. Then, ultrasonic waves and acetone can be used to remove the residual impurities after the etching process.

Description

습도센서를 이용한 터치 패널 및 디스플레이 장치{TOUCH PANEL USING HUMIDITY SENSOR AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a touch panel and a display device using a humidity sensor,

본 발명은 습도 센서를 이용한 터치패널 및 디스플레이장치에 관한 것이다. The present invention relates to a touch panel and a display device using a humidity sensor.

습도는 일상생활과 더불어 산업에서 환경인자로서 중요한 위치를 차지하고 있으며 또한 자동차, 의학용 장비, 농업, 반도체 산업, 재료 산업, 기상학, HVAC, 가전기기 등 여러 산업 분야에서 습도의 제어를 요구하는 분야가 급격히 늘어나고 있다. 각 산업 분야에서 습도 측정에 대해 높은 민감도, 낮은 히스테리시스, 오랜 안정성, 높은 정확성들을 요구한다.Humidity has an important role as an environmental factor in industry as well as in everyday life. It is also a field that demands humidity control in various industries such as automobile, medical equipment, agriculture, semiconductor industry, materials industry, meteorology, HVAC, It is growing rapidly. Each industry requires high sensitivity to humidity measurements, low hysteresis, long stability, and high accuracy.

이와 관련하여 현재 많이 사용되고 있는 습도센서는 정전용량 또는 물질 저항의 변화를 이용하고 있다. 이 중에서 정전 용량형 습도 센서는 수분이 흡수되면 유전율이 변하는 감습 폴리머를 유전체로 하여 제작된다. 정전 용량형 습도센서는 저항형 습도센서에 비하여 장기 신뢰성이 우수하면서도 센서 특성이 선형적이고 온도의 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있다.In this regard, humidity sensors, which are widely used today, utilize changes in capacitance or material resistance. Among them, the capacitance type humidity sensor is made of a dielectric material whose dielectric constant changes when moisture is absorbed. The capacitive humidity sensor is superior to the resistance type humidity sensor in terms of long-term reliability, and is advantageous in that the sensor characteristic is linear and hardly influenced by temperature.

현재 상용화되어 있는 정전 용량형 습도 센서는 평행판형 구조가 대부분을 차지하고 있다. 평행판 형 구조를 갖는 정전 용량형 습도 센서는 상부 전극, 하부 전극 및 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 개재된 감습층을 포함한다. 이때 다공성의 상부 전극을 통해 수분이 감습층으로 흡수됨으로써 상기 정전 용량형 습도 센서가 습도를 측정한다. 즉, 감습층에 수분이 흡착되면 감습층의 유전율 변화를 가져와 커패시터의 정전 용량의 변화를 유발함으로써 습도의 변화를 감지하게 되는 것이다. The capacitive humidity sensor, which is currently in commercial use, has a parallel plate type structure. A capacitance type humidity sensor having a parallel plate structure includes an upper electrode, a lower electrode, and a humidity layer sandwiched between the upper electrode and the lower electrode. At this time, moisture is absorbed into the sensing layer through the porous upper electrode, so that the capacitance type humidity sensor measures the humidity. That is, when moisture is adsorbed in the moisture layer, it changes the dielectric constant of the moisture layer and changes the capacitance of the capacitor, thereby sensing the change in humidity.

따라서 상기 감습층은 습도센서의 성능을 좌우하는 중요한 재료로, 종래의 습도센서는 주로 세라믹과 같은 감습 재료를 이용하였으나, 이는 습도를 감지하는 민감도가 극히 미비한 문제점이 있었을 뿐만 아니라 세라믹이 가지는 가공 두께와 경도 등으로 인해 습도센서를 소형화시키는데 한계가 있었으며 또한 습도센서의 사용분야를 제한시키는 문제점이 있었다.Therefore, the humidity sensing layer is an important material that affects the performance of the humidity sensor. In the conventional humidity sensor, the humidity sensing material such as ceramic is mainly used. However, this has a problem that the sensitivity for sensing the humidity is extremely low, And hardness of the humidity sensor have been limited and there has been a problem of limiting the field of use of the humidity sensor.

한편, 터치 패널은 신호의 검출 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 즉, 직류 전압을 인가한 상태에서 압력에 의해 눌려진 위치를 전류 또는 전압 값의 변화를 통해 감지하는 저항막 방식(resistive type)과, 교류 전압을 인가한 상태에서 캐패시턴스 커플링(capacitance coupling)을 이용하는 정전 용량 방식(capacitive type)과, 자계를 인가한 상태에서 선택된 위치를 전압의 변화로서 감지하는 전자 유도 방식(electromagnetic type) 등이 있다. 관련하여 정전식 감응(capacitive sensing) 기술은 정전용량 커플링 효과로 근접, 변위, 습도, 유량, 가속도 등에 의해 센서의 정전용량 값의 변화를 감지하게 되는 것으로, 터치패널의 표면에 센서가 부착되어 정전용량 값의 변화를 센서가 감지하게 된다. 이러한 정전 용량 방식 터치 패널은 컴퓨터 디스플레이, 휴대전화와 태블릿과 같은 휴대기기 등의 인간 인터페이스 장치로써 널리 사용되고 있다. On the other hand, the touch panel can be classified as follows according to the signal detection method. That is, a resistive type in which a position depressed by a pressure in a state where a direct current voltage is applied is sensed through a change in a current or a voltage value, and a resistive type in which a capacitance coupling is used in a state in which an alternating voltage is applied There is a capacitive type and an electromagnetic type in which a selected position is sensed as a change in voltage while a magnetic field is applied. The capacitive sensing technology is a capacitive sensing effect that senses changes in the capacitance value of the sensor due to its proximity, displacement, humidity, flow rate, and acceleration. The sensor is attached to the surface of the touch panel The sensor senses the change in capacitance value. Such capacitive touch panels are widely used as human interface devices for computer displays, portable devices such as mobile phones and tablets.

이에 본 발명자는 터치 패널에 적용할 수 있도록, 유전율 및 정전용량 등이 우수한 폴리이미드계 물질을 감습 재료로 이용하되, 플라즈마 에칭공정으로 폴리머를 패터닝하여 정전용량형 습도센서를 제조하여 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have completed the present invention by fabricating a capacitive humidity sensor by using a polyimide-based material having excellent dielectric constant and electrostatic capacity as a humidity-sensitive material so as to be applicable to a touch panel, by patterning a polymer by a plasma etching process Respectively.

따라서 본 발명은 정전용량형 습도센서를 포함하는 터치 패널을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.Accordingly, it is a technical object of the present invention to provide a touch panel including a capacitive humidity sensor.

또한 본 발명은 상기 터치 패널을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention also provides a display device including the touch panel.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,

습도센서를 포함하는 터치 패널에 있어서,In a touch panel including a humidity sensor,

상기 습도센서는 기판; 상기 기판 상에 소정의 영역으로 형성된 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상부에 패터닝된 폴리머로 형성된 감습층; 및 상기 감습층 상부에 형성된 상부 전극층을 포함하는 정전용량형 습도센서이고,The humidity sensor comprising: a substrate; A lower electrode layer formed on the substrate in a predetermined region; A sensing layer formed of a polymer patterned on the lower electrode layer; And an upper electrode layer formed on the humidity sensing layer,

상기 감습층은 폴리이미드계 물질을 스핀 코팅 및 열처리를 통하여 폴리머를 경화시켜 형성한 후, 마스크 패턴을 이용한 식각 처리를 통하여 폴리머를 패터닝함으로써 형성되며, The humidity layer is formed by forming a polymer by curing a polyimide-based material through spin coating and heat treatment, and then patterning the polymer through an etching process using a mask pattern.

상기 마스크 패턴을 이용한 식각처리시, 감광액을 이용하여 제작된 마스크를 이용하고, 소정의 챔버 내의 진공을 400~500 mTorr, 전력을 600~900W, 기판 온도를 70~90℃ 범위로 하여 CF4/O2 가스로 플라즈마 에칭한 후, 초음파와 아세톤으로 에칭잔류이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는, 터치 패널을 제공한다. When the etching process using the mask pattern, using a mask produced using the photosensitive liquid, to a power of 400 ~ 500 mTorr, a vacuum within a given chamber with 600 ~ 900W, 70 a substrate temperature of ~ 90 ℃ range of CF 4 / Plasma etching is performed with an O 2 gas, and then etch residue is removed using ultrasonic waves and acetone.

본 발명에 있어서 상기 폴리이미드계 물질은, 용매에 디아민(diamine) 및 디언하이드라이드(dianhydride)를 첨가하여 중합반응시켜 제조하되, 용매 100 중량부에 대하여, 디아민 5 ~ 20 중량부 및 디언하이드라이드 10 ~ 20 중량부를 첨가하여 10 ~ 35℃에서 4 ~ 8시간동안 중합반응시켜 고형분 함량이 15 ~ 20 중량%가 되도록 제조한 것으로, In the present invention, the polyimide-based material is prepared by adding a diamine and a dianhydride to a solvent to effect a polymerization reaction. The polyimide-based material is prepared by mixing 5 to 20 parts by weight of a diamine and 100 parts by weight of a dianhydride 10 to 20 parts by weight, and the mixture is polymerized at 10 to 35 ° C for 4 to 8 hours to prepare a solid content of 15 to 20% by weight.

상기 용매는, N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide(DMAc)), 디메틸포름아미드(dimethylformamide(DMF)) 또는 N-메틸-2-피로리돈(N-methyl-2-pyrrolidone(NMP)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하며, 상기 디아민은, 파라페닐렌디아민(p-phenylene diamine(p-PDA)), 4,4'-옥시디어닐린(4,4'-oxydianiline(ODA)) 또는 4,4'-메틸렌디어닐린(4,4'-methylenedianiline(MDA)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하고, 상기 디언하이드라이드는, 프탈릭 언하이드라이드(Phthalic anhydride(PA)), 피로멜리틱 디언하이드라이드(Pyromellitic dianhydride(PMDA)), 3,3',4,4'-비페닐트테라카복실릭 디언하이드라이드(3,3',4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride(BPDA)) 또는 4,4'-옥시디프탈릭 디언하이드라이드(4,4'-oxydiphthalic anhydride(ODPA)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하는 것을 특징으로 한다.The solvent may be selected from the group consisting of N, N-dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF) or N-methyl-2-pyrrolidone ), And the diamine is used in combination of two or more of them. Examples of the diamine include p-phenylene diamine (p-PDA), 4,4'-oxydianiline ODA) or 4,4'-methylenedianiline (MDA), and the above dianhydride is used in combination with phthalic anhydride ( PA), pyromellitic dianhydride (PMDA), 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride (3,3', 4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride (BPDA)) or 4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA), or a combination of two or more thereof.

또한 상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 터치 패널을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a display device including the touch panel.

본 발명에 따르면, 감습재료인 폴리머의 에칭 공정을 제어함으로서 표면 거칠기를 제어함에 따라 상부 전극과의 밀착력을 향상시키고 감습 면적을 높여 습도센서의 습도변화에 대한 민감도를 향상시킬 수 있는 습도센서를 제조함으로써 터치 패널 및 디스플레이 장치에 유용하게 적용될 수 있다. According to the present invention, by controlling the surface roughness of the polymer by controlling the etching process of the polymer as the moisture-sensitive material, a humidity sensor capable of improving the adhesion to the upper electrode and increasing the sensitivity area of the humidity sensor Thereby being usefully applied to a touch panel and a display device.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 폴리머를 감광액으로 덮은 후의 사진(좌: ×100, 우: ×500)을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 폴리머를 감광액으로 덮고 에칭 공정을 수행한 후의 SEM 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 폴리머를 금속 Cr으로 덮은 후의 사진(좌: ×100, 우: ×500)을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 폴리머를 금속 Cr으로 덮고 에칭 공정을 수행한 후의 SEM 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 BMR 작업 출력에 따른 폴리머층의 표면 형태를 AFM 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 압력에 따른 폴리머층의 표면 형태를 AFM 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 CF4/O2에 따른 폴리머층의 표면 형태를 AFM 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 폴리머 코팅, 에칭된 폴리머의 XPS조사 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 폴리머 에칭 후 웨이퍼 표면에 남아있는 TiO2 이물질을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 잔류 이물질 TiO2 제거방법에 따른 잔류 이물질 제거 상태를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시에에 따른 습도센서의 제조공정을 나타낸 것으로, (1): 습도센서의 제조 공정을 모식화하여 나타낸 것이고, (2): 제조공정에 따른 습도센서의 단면을 나타낸 것이며, (3): 폴리머 에칭 공정에서 사용된 패터닝도를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시에에 따른 습도센서의 제조공정 중 찍은 웨이퍼의 표면 사진을 나타낸 것이다.
Fig. 1 shows a photograph (left: x100, right: x500) after covering a polymer with a photosensitive liquid in one embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows SEM results after covering the polymer with a photosensitive liquid and performing an etching process in one embodiment of the present invention.
3 is a photograph (left: x100, right: x500) after covering the polymer with metal Cr in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows SEM results after covering the polymer with metal Cr and performing an etching process in one embodiment of the present invention.
5 shows AFM measurement results of the surface morphology of the polymer layer according to the BMR operation output in one embodiment of the present invention.
6 shows AFM measurement results of the surface morphology of the polymer layer with pressure in one embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows AFM measurement results of the surface morphology of a polymer layer according to CF 4 / O 2 in an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the XPS emission spectra of the polymer coating and etched polymer in one embodiment of the present invention.
Figure 9 shows the TiO2 foreign material remaining on the wafer surface after polymer etching in one embodiment of the present invention.
FIG. 10 shows a state where residual foreign matters are removed according to a method of removing residual foreign matter TiO 2 in an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a manufacturing process of a humidity sensor according to one embodiment of the present invention, wherein (1) is a schematic representation of a manufacturing process of a humidity sensor, (2) is a sectional view of a humidity sensor according to a manufacturing process (3): shows the patterning diagram used in the polymer etching process.
12 is a photograph of a surface of a wafer taken during a manufacturing process of a humidity sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 기판, 하부 전극층, 감습층 및 상부 전극층 순으로 적층하여 이루어지는 정전 용량형 습도센서를 포함하는 정전용량식 터치 패널에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 터치 패널은 기판; 상기 기판 상에 소정의 영역으로 형성된 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상부에 패터닝된 폴리머로 형성된 감습층; 및 상기 감습층 상부에 형성된 상부 전극층을 포함하는 정전용량형 습도센서를 포함하고, 상기 감습층은 폴리이미드계 물질을 스핀 코팅 및 열처리를 통하여 폴리머를 경화시켜 형성한 후, 마스크 패턴을 이용한 식각 처리를 통하여 폴리머를 패터닝함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a capacitance type touch panel including a capacitance type humidity sensor formed by laminating a substrate, a lower electrode layer, a humidity layer and an upper electrode layer in this order. More specifically, the touch panel of the present invention includes a substrate; A lower electrode layer formed on the substrate in a predetermined region; A sensing layer formed of a polymer patterned on the lower electrode layer; And a capacitive humidity sensor including an upper electrode layer formed on the humidity sensing layer, wherein the sensing layer is formed by curing a polymer through spin coating and heat treatment of a polyimide-based material, And patterning the polymer through the through-holes.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 기판 상에 하부 전극을 반도체 박막 공정을 이용하여 증착한 후, 감습재료로서 수분에 민감한 폴리이미드계 물질을를 코팅장비를 이용하여 일정한 두께로 코팅하고 폴리머 에칭공정을 수행하여 감습층을 형성하고, 그 위에 상부 전극을 적층하게 된다.According to an embodiment of the present invention, a lower electrode is deposited on the substrate by using a semiconductor thin film process, and then a moisture sensitive polyimide-based material is coated as a moisture-permeable material to a predetermined thickness using a coating apparatus, To form a humidity layer, and an upper electrode is laminated thereon.

이 때 상기 기판은 절연층으로 형성될 수 있으며, 예컨대 글래스(Glass), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 실리콘(Si) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질을 이용하여 형성될 수 있다.At this time, the substrate may be formed of an insulating layer, and may be formed using any one material selected from glass, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and silicon (Si), for example.

또한 상기 하부 전극층은 Al, Pt, Ti 또는 Au와 같은 금속막을 증착 및 패터닝하여 형성할 수 있으며, 하부전극층의 두께는 저항에 문제가 발생하지 않게 하기 위해 단일 금속막 두께를 100nm 내지 300nm의 범위 내에서 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 하부 전극층은 습기의 흡착 또는 탈착이 용이하도록 반도체 박막공정을 이용하여 다공성 박막 형성이 최적화 될 수 있는 공정 조건을 적용할 수 있다. 특히 이와 같이 상기 하부 전극층을 다공질 박막층으로 형성한 경우에는, 감습층과 대기 중 습기의 흡착 또는 탈착이 원활하게 이루어지게 되므로 습도 변화에 따라 민감하고 신속하게 반응할 수 있다. 또한 사각형, 원형, 또는 삼각형 등 다양한 형태를 갖는 복수의 홀(hole)을 가지도록 마스크를 작업하고, 반도체 사진 식각 공정을 이용할 수 있으며 이에 따라 감도와 응답 특성이 우수한 정전용량형 습도센서를 얻을 수 있게 된다. 구체적으로 상기 하부 전극층은 e-beam 증착 방법으로 전극을 형성하는 물질의 증착 시 다공성 박막 형성이 용이하도록 전력을 2~4kW, 압력을 1~10mTorr, 기판온도를 120-150℃ 범위로 제어할 수 있다.The lower electrode layer may be formed by depositing and patterning a metal film such as Al, Pt, Ti, or Au. The lower electrode layer may have a single metal film thickness of 100 nm to 300 nm As shown in Fig. In this case, the lower electrode layer may be formed using a semiconductor thin film process so as to facilitate adsorption or desorption of moisture, and process conditions that can optimize the formation of the porous thin film may be applied. Particularly, when the lower electrode layer is formed as a porous thin film layer, the moisture absorbing layer and the atmospheric moisture can be smoothly adsorbed or desorbed, so that the moisture absorbing layer can react sensitively and promptly according to the humidity change. In addition, a mask can be used to have a plurality of holes having various shapes such as a square, a circle, or a triangle, and a semiconductor photolithography process can be used, thereby obtaining a capacitive humidity sensor having excellent sensitivity and response characteristics . Specifically, the lower electrode layer can be controlled to have a power of 2 to 4 kW, a pressure of 1 to 10 mTorr, and a substrate temperature of 120 to 150 ° C so that a porous thin film can be easily formed when a material for forming an electrode is deposited by an e-beam deposition method have.

또한 상기 상부 전극층은 상기 하부 전극층과 동일하게 Al, Pt, Ti 또는 Au와 같은 금속막을 증착 및 패터닝하여 형성할 수 있다. The upper electrode layer may be formed by depositing and patterning a metal layer such as Al, Pt, Ti, or Au in the same manner as the lower electrode layer.

또한 상기 상부 전극층은 그래핀을 증착하여 형성할 수 있다. 그래핀에 의한 물 분자의 흡수가 그것의 갭(gap)을 조절한다. 그래핀은 전기적으로 전도성이고 습도에 대한 감도를 가지며, 그래핀 내의 물 분자의 존재는, 그것의 갭을 증가시킴으로써, 그것을 반도체성으로 만들 수 있다. 상부 전극은 여러개의 적층된 원자 서브층으로부터 형성된 그래핀의 층을 포함할 수 있다. 그래핀의 층은 예를 들어 100 nm 및 5 ㎛ 사이의 두께를 가질 수 있다. The upper electrode layer may be formed by depositing graphene. The absorption of water molecules by graphene controls its gaps. Graphene is electrically conductive and sensitive to humidity, and the presence of water molecules in graphene can make it semiconducting by increasing its gap. The top electrode may comprise a layer of graphene formed from several stacked atomic sub-layers. The layer of graphene may have a thickness between, for example, 100 nm and 5 [mu] m.

또한, 상기 하부 전극층에 감습층을 형성함에 있어, 하부 전극층의 전면 또는 측면으로부터 수분흡수를 방지하고 특성을 향상시키기 위해 수분에 영향을 받지 않도록 하부 전극층의 면적보다 크게 감습층을 패턴하여 형성하는 것이 바람직하다.In order to prevent absorption of moisture from the front surface or the side surface of the lower electrode layer and to improve the characteristics in forming the humidity sensing layer in the lower electrode layer, the moisture sensing layer is patterned to be larger than the area of the lower electrode layer desirable.

이 때, 상기 감습층은 수분에 민감한 폴리이미드계 물질로 형성되며, 상기 하부 전극의 상면에 폴리이미드계 물질을 스핀 코팅 및 열처리하여 폴리머를 경화시킨 후, 마스크 패턴을 이용하여 상기 폴리머를 에칭하여 패터닝함으로서 폴리머 감습층을 형성하게 된다. At this time, the humidity sensing layer is formed of a polyimide-based material sensitive to moisture, and a polymer is cured by spin coating and heat treatment of a polyimide-based material on the upper surface of the lower electrode, and then the polymer is etched using a mask pattern Patterning will form the polymer layer.

여기서, 폴리이미드는 대부분 용매에 녹지 않으므로 일반적으로 용액 형태인 폴리이미드 전구체에서 가공 과정을 거친 후 열에 의하여 이미드화를 하고, 열처리에 의하여 용매는 제거되어 완전히 이미드화하게 된다. 즉, 폴리이미드 전구체의 열처리를 통하여 폴리이미드를 형성하여 감습층을 형성할 수 있으며, 구체적으로 완전히 이미드화하기 위해서는 폴리이미드 전구체를 진공 분위기에서 30 ~ 100분간 50 ~ 250℃의 온도로 열처리하는 것이 바람직하다. Since the polyimide does not substantially dissolve in the solvent, the polyimide precursor in the form of a solution is generally subjected to a processing step, followed by imidization by heat, and the solvent is removed by heat treatment to completely imidize the polyimide precursor. That is, the polyimide precursor can be thermally treated to form a polyimide layer to form a moisture-sensitive layer. Specifically, in order to completely imidize the polyimide precursor, the polyimide precursor is heat-treated at a temperature of 50 to 250 ° C. for 30 to 100 minutes in a vacuum atmosphere desirable.

이 때, 상기 폴리이미드 전구체는, 용매에 디언하이드라이드(dianhydride) 및 디아민(diamine)을 첨가하여 중합반응시켜 제조되며, 구체적으로는 방향족 디언하이드라이드와 방향족 디아민을 극성 용매 하에서 반응시키는데, 먼저 디아민을 용매에 용해시킨 후 디언하이드라이드와 반응시켜 폴리이미드(폴리아믹산) 전구체를 제조하고, 감습층의 형성시 이 조성]물에 열을 가해 고리화된 폴리이미드를 형성하여 감습층을 제조하는 것이다. 여기서, 폴리이미드 전구체를 경유하는 것은 방향족 폴리이미드의 가공성이나 성형성이 나쁘기 때문이다. At this time, the polyimide precursor is prepared by adding a dianhydride and a diamine to a solvent and performing a polymerization reaction. Specifically, an aromatic dianhydride and an aromatic diamine are reacted in a polar solvent. First, a diamine Is dissolved in a solvent and then reacted with a dianhydride to prepare a polyimide (polyamic acid) precursor, and upon formation of the humidity layer, heat is applied to the water to form a cyclized polyimide to produce a humidity layer . This is because the processability and moldability of the aromatic polyimide are poor when the polyimide precursor is passed through.

좀더 구체적으로는 먼저, 용매 100 중량부에 대하여, 디아민 5 ~ 20 중량부를 용매에 녹인 후, 디언하이드라이드를 10 ~ 20 중량부를 첨가하고 10 ~ 35℃에서 4 ~ 8시간 동안 서서히 반응시켜 고형분 함량이 15 ~ 20 중량%인 용액 형태의 폴리이미드 전구체를 제조할 수 있으며, 중합조건이 상기 범위를 벗어날 경우, 폴리이미드 전구체가 제대로 제조되지 않을 우려가 있다. 이 때 상기 용매는 상기 용매는 중합시 중합반응의 촉매작용을 하고 이후 이미드화 과정에서 이미드화를 촉진할 수 있게 하는 것으로, N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide(DMAc)), 디메틸포름아미드(dimethylformamide(DMF)) 또는 N-메틸-2-피로리돈(N-methyl-2-pyrrolidone(NMP)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하며, 상기 디아민은, 파라페닐렌디아민(p-phenylene diamine(p-PDA)), 4,4'-옥시디어닐린(4,4'-oxydianiline(ODA)) 또는 4,4'-메틸렌디어닐린(4,4'-methylenedianiline(MDA)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하고, 상기 디언하이드라이드는, 프탈릭 언하이드라이드(Phthalic anhydride(PA)), 피로멜리틱 디언하이드라이드(Pyromellitic dianhydride(PMDA)), 3,3',4,4'-비페닐트테라카복실릭 디언하이드라이드(3,3',4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride(BPDA)) 또는 4,4'-옥시디프탈릭 디언하이드라이드(4,4'-oxydiphthalic anhydride(ODPA)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. More specifically, first, 5 to 20 parts by weight of diamine is dissolved in a solvent, and 10 to 20 parts by weight of dianhydride is added to 100 parts by weight of the solvent. The mixture is slowly reacted at 10 to 35 ° C for 4 to 8 hours to obtain a solid content A polyimide precursor in the form of a solution in an amount of 15 to 20% by weight can be prepared, and if the polymerization conditions are out of the above range, the polyimide precursor may not be produced properly. In this case, the solvent is a solvent in which N, N-dimethylacetamide (DMAc), or N, N-dimethylacetamide (DMAc), which catalyzes the polymerization reaction during polymerization and then facilitates imidization in the imidization process, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)) is used alone or in combination of two or more thereof, and the diamine is used in combination with paraphenylenediamine (p-PDA), 4,4'-oxydianiline (ODA), or 4,4'-methylenedianiline (MDA) ), And the above dianhydrides are used in combination of phthalic anhydride (PA), pyromellitic dianhydride (PMDA), 3,3 ' , 4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride (BPDA), or 4,4'-oxydipthalic acid dianhydride Among fluoride (4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA)) may be used either alone or in combination of two or more.

또한 폴리머의 패터닝을 위한 폴리머 에칭시, 상기 폴리이미드는 고형분과 기포를 소량 포함하므로 충분히 흔들고 방치해 둔 폴리이미드계 전구체를 스핀 코터를 이용하여 상기 하부전극이 적층된 기판의 상면에 도포하고, 열처리를 통해 경화 및 건조시킨 다음, 마스크를 이용하여 에칭공정을 수행하게 된다. In the polymer etching for patterning the polymer, since the polyimide contains a small amount of solid content and bubbles, the polyimide precursor which has been sufficiently shaken and left to be applied is applied to the upper surface of the substrate on which the lower electrode is laminated using a spin coater, And then the etching process is performed using a mask.

이에 본 발명의 실시예에서는, 상기 에칭 공정을 제어하여 감습재료인 폴리머를 보호하면서도 효과적으로 식각되어 패터닝된 폴리머 감습층을 형성함에 따라 습도센서의 습기와 접촉 면적을 향상시키게 되어 습도센서의 습도 변화에 대한 민감도를 높일 수 있음을 확인하였다. Therefore, in the embodiment of the present invention, by controlling the etching process to protect the polymer as the moisture-sensitive material and effectively forming the etched and patterned polymer layer, it is possible to improve the contact area with the humidity of the humidity sensor, And the sensitivity of the test results can be increased.

구체적으로 본 발명에 있어서 상기 폴리머 에칭시 사용되는 마스크는 감광액으로 제조되는 마스크를 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우 감광액을 이용하여 제작된 마스크의 경우 감광액의 에칭속도가 폴리머의 에칭속도보다 빠르므로 감광액의 도포 두께가 폴리머 도포 두께의 3~5배로 도포되도록 한다. 이는 에칭공정에서 폴리머를 보호하면서도 에칭 공정 후 감광액의 제거가 용이하게 하기 위함이다. Specifically, in the present invention, the mask used in the polymer etching is preferably a mask made of a photosensitive liquid. In this case, the etching rate of the photosensitive liquid is faster than the etching rate of the polymer, so that the coating thickness of the photosensitive liquid is 3 to 5 times the thickness of the polymer coating. This is to protect the polymer in the etching process and facilitate the removal of the photosensitive liquid after the etching process.

또한 상기 감광액으로 제조되는 마스크를 이용하여 플라즈마 에칭을 수행하는 동안, 에칭에 의하여 표면 거칠기가 지나치게 높으면 상부 전극과의 밀착력이 저하되고, 표면 거칠기가 낮은 경우 습도를 감지하는 표면적이 감소되므로, 표면 거칠기가 10~20 nm일 때, 상부 전극과의 밀착력을 향상시키면서 습도를 감지하는 표면적을 높여 습도센서의 민감도를 향상시킬 수 있다. Further, during the plasma etching using the mask made of the photosensitive liquid, if the surface roughness is excessively high due to etching, the adhesion with the upper electrode is lowered, and when the surface roughness is low, the surface area for sensing the humidity is reduced, Is 10 to 20 nm, the sensitivity of the humidity sensor can be improved by increasing the surface area for sensing the humidity while improving the adhesion with the upper electrode.

이 경우 전력을 높일수록 에칭 속도가 향상되나 전력이 지나치게 높을 경우 폴리머를 보호하는 감광액에 손상을 가져오게 되므로 적절한 전력 제공이 요구되는 바, 바람직하게는 600~900W, 더욱 바람직하게는 900W에서 에칭공정을 수행하는 것이 좋다. In this case, as the power is increased, the etching speed is improved. However, when the power is excessively high, damage to the photosensitive liquid protecting the polymer is caused. Therefore, it is required to provide an appropriate power. Preferably, the etching power is 600 to 900 W, .

또한 압력을 높일 경우 챔버 내 에칭가스의 증가에 따라 에칭속도가 증가하였다가 일정 압력 이후가 되면 에칭속도가 감소하게 된다. 따라서 바람직하게는 400~500 mTorr, 더욱 바람직하게는 450 mTorr의 압력으로 에칭공정을 수행할 때 표면 거칠기가 19.26 nm로 표면이 형성되어 상부 전극과의 밀착력을 향상시키면서 패터닝을 효율적으로 수행하고 습도를 감지하는 표면적을 최대로 하여 습도센서의 민감도를 높일 수 있게 된다. Also, when the pressure is increased, the etching rate increases with the increase of the etching gas in the chamber, and then the etching rate decreases after a certain pressure. Accordingly, when the etching process is performed at a pressure of 400 to 500 mTorr, more preferably 450 mTorr, the surface is formed with a surface roughness of 19.26 nm, thereby improving the adhesion to the upper electrode, It is possible to increase the sensitivity of the humidity sensor by maximizing the sensing surface area.

또한 에칭 가스인 CF4/O2 기체의 혼합비에 따라 에칭속도가 달라지게 되는 바, 본 발명의 실시예에 의하면 CF4:O2=1:9 조건에 폴리머 에칭속도가 가장 빠르며, O2의 증가에 따라 에칭 속도가 점차 감소하여 CF4:O2=1:1 조건에서는 에칭이 이루어지지 않게 됨을 확인하였고, O2의 증가에 따라 표면 거칠기가 증가하다가 다시 감소하는 것을 확인할 수 있는 바(표 3 및 도 7 참고), 이는 불소 이온이 반응에 많이 참가할수록 에칭 표면에 산재해 있는 TiF x 및 (CF n +) m ,와 같은 낮은 휘발성 반응 생성물이 생성되어 에칭 표면이 더 거칠어지게 되는 것이다. 즉, 에칭공정에서 스플릿 금속 마스크 물질 및 플라즈마 폴리머 잔류가 균일하지 않은 에칭 표면을 형성하게 되어 에칭 영역에 분산되고 미시적 보조 마스크를 형성하게 되고, O2 플라즈마에 의하여 상기 보조 마스크를 제거하게 되는 바, CF4/O2 기체의 혼합비를 제어함으로써 에칭 공정을 제어할 수 있게 되는 것이다. 따라서 적절한 표면 거칠기를 가지면서 에칭 속도를 향상시키기 위해서는 CF4/O2 기체의 혼합비가 1 : 9인 것이 바람직하다. In addition, an etching gas of CF 4 / O in accordance with the mixing ratio of the two gases, according to the bar, the embodiment of the present invention that the etching rate varies CF 4: of the polymer etch rate to the 9 conditions the fastest, O 2: O 2 = 1 It was confirmed that the etching rate was gradually decreased with the increase of O 2 , and the etching was not performed under the condition of CF 4 : O 2 = 1: 1, and it was confirmed that the surface roughness was increased with the increase of O 2 and decreased again 3 and FIG. 7), which means that the more fluorine ions participate in the reaction, the less volatile reaction products such as TiF x and (CF n + ) m , which are scattered on the etched surface, are formed and the etching surface becomes rougher. That is, in the etching process, the split metal mask material and the plasma polymer residue form an uneven etching surface, which is dispersed in the etching region and forms a microscopic auxiliary mask, and the auxiliary mask is removed by the O 2 plasma, It is possible to control the etching process by controlling the mixing ratio of the CF 4 / O 2 gas. Therefore, it is preferable that the mixing ratio of CF 4 / O 2 gas is 1: 9 in order to improve the etching rate while having an appropriate surface roughness.

본 발명에 따른 터치패널은 상기 정전용량형 습도센서가 표면에 부착되어 정전용량 값의 변화를 센서가 감지하게 되며 상기 습도센서의 작동은 상부 전극층과 하부 전극층의 양단에 전압을 인가하여 감습층이 갖는 고유 유전률에 의해 용량값이 결정되며, 외부습도 변화에 의해 상기 감습층으로 습기입자가 유입되거나 반출되면 수분에 의한 감습층의 유전율 변화에 의해 용량값이 변경되게 되며, 따라서 상부 전극층/하부 전극층에 유기되는 전류값의 변동이 발생되는데, 이러한 용량값의 변화를 습도로 역환산하게 되는 것이라고 할 수 있다. In the touch panel according to the present invention, the capacitive humidity sensor is attached to the surface, and the sensor senses a change in capacitance value. The humidity sensor operates by applying a voltage to both ends of the upper and lower electrode layers, The capacity value is determined by the inherent dielectric constant of the upper electrode layer / the lower electrode layer, and when the moisture particles are introduced into or discharged from the humidity sensing layer by the external humidity change, the capacitance value is changed by the change of the dielectric constant of the sensing layer by moisture, A change in the current value induced in the capacitor is generated, and it can be said that the change in the capacitance value is reversely converted to the humidity.

또한 본 발명의 터치 패널이 포함되는 디스플레이 장치로는 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 화상전화기, 전자북 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device)(예: 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신, 또는 스마트 와치(smartwatch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 다른 실시예로서 상기 디스플레이 장치는 스마트 가전 제품(smart home appliance) 일 수 있다. 스마트 가전 제품은, 예를 들자면, 전자 장치는 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), TV 박스, 게임 콘솔(game consoles), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양 한 실시 예들에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다. The display device including the touch panel of the present invention may be a smart phone, a tablet personal computer, a mobile phone, a video phone, an e-book reader, a desktop PC a laptop personal computer, a netbook computer, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), an MP3 player, a mobile medical device, a camera, or a wearable device wearable device (e.g., a head-mounted-device (HMD) such as electronic glasses, an electronic garment, an electronic bracelet, an electronic necklace, an electronic app apparel, an electronic tattoo, or a smartwatch) can do. In another embodiment, the display device may be a smart home appliance. [0003] Smart household appliances, such as electronic devices, are widely used in the fields of television, digital video disk (DVD) player, audio, refrigerator, air conditioner, vacuum cleaner, oven, microwave oven, washing machine, air cleaner, set- Boxes, game consoles, electronic dictionaries, electronic keys, camcorders, or electronic frames. It should also be apparent to those skilled in the art that the electronic device according to various embodiments of the present invention is not limited to the devices described above.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

먼저 폴리머로는, N-메틸-2-피로리돈(N-methyl-2-pyrrolidone(NMP)) 100 중량부에 대하여, 파라페닐렌디아민(p-phenylene diamine(p-PDA)) 5 중량부를 녹인 후, 3,3',4,4'-비페닐트테라카복실릭 디언하이드라이드(3,3',4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride(BPDA)) 10 중량부를 첨가하고 35℃에서 4시간 동안 서서히 반응시켜 고형분 함량이 15 중량%인 용액 형태의 폴리이미드 전구체를 제조하였다.First, 5 parts by weight of p-phenylene diamine (p-PDA) was dissolved in 100 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) , 10 parts by weight of 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride (BPDA) (3,3', 4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride (BPDA)) was added and the mixture was gradually added To prepare a polyimide precursor in the form of a solution having a solid content of 15% by weight.

스핀코터를 이용해 웨이퍼 표면에 2.5㎛ 두께로 상기 폴리머를 도포한 후 10 분간 100℃, 30분간 210℃의 온도로 열처리하여 액체폴리머를 고체화시켰다. 상기 열처리에 의하여 경화 및 건조된 후 두께는 1.8㎛로 감소하였다. The polymer was applied to the surface of the wafer with a spin coater at a thickness of 2.5 mu m and then heat treated at a temperature of 210 DEG C for 10 minutes at 100 DEG C for 30 minutes to solidify the liquid polymer. After curing and drying by the heat treatment, the thickness decreased to 1.8 탆.

또한 상기 폴리머 도포시, 폴리머 안에 소량한 고체입자와 기포가 존재하기 때문에 상기 웨이퍼 표면에 소수의 핀 홀이 생길 수 있으므로, 핀홀 생성을 방지하기 위하여 폴리머 도포 전에 반드시 충분히 흔들고 방치하였다. In addition, a small number of pinholes may be formed on the surface of the wafer due to the presence of a small amount of solid particles and bubbles in the polymer when the polymer is applied. Therefore, to prevent pinhole formation, the polymer must be sufficiently shaken and allowed to stand before application of the polymer.

다음으로, 감광액과 금속(Cr)을 활용하여 에칭용 마스크를 제작하고 BMR 에칭설비로 폴리머 에칭테스트를 실시하였다. Next, a mask for etching was fabricated using a photosensitive liquid and metal (Cr), and a polymer etching test was performed using a BMR etching facility.

도 1, 2는 감광액을 이용하여 제작된 에칭용 마스크 시험결과를 나타낸 것이고, 도 3, 4는 Cr을 이용하여 제작된 에칭용 마스크 시험결과를 나타낸 것이다. 구체적으로 도 1은 감광액으로 덮은 후의 사진(좌: ×100, 우: ×500)이고, 도 2는 SEM 사진, 도 3은 Cr으로 덮은 후의 사진(좌: ×100, 우: ×500)이고, 도 4는 SEM 사진을 나타다. 결과를 나타낸 것이다. 결과를 나타낸 것이다. 관련하여 감광액의 에칭 속도가 Cr에 비하여 약간 빠른 것으로 확인되었는 바, 감광액의 두께가 폴리머의 두께보다 두꺼워야 하는 것으로 판단되고, 본 실시예에서 감광액의 두께는 6um이며 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 감광액이 폴리머 에칭 과정에서 충분한 보호역할을 하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 금속으로 제작된 마스크를 에칭한 경우에는 에칭 후 그 주변에 틀어짐 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있는 바(도 4), 이는 금속의 두께가 보다 얇기 때문이다. 이로부터 에칭 공정에서 충분한 보호역할을 하면서도 금속에 비하여 경제적이고 공정이 간단한 감광액의 보호효과가 우수할 것으로 판단된다. FIGS. 1 and 2 show the etching mask test results produced using the photosensitive liquid, and FIGS. 3 and 4 show the etching mask test results produced using Cr. 1 is a photograph (left: x100, right: x500) after covering with a photosensitive liquid, Fig. 4 shows a SEM photograph. The results are shown. The results are shown. It was found that the etch rate of the photosensitive liquid was slightly faster than that of Cr, and it was determined that the thickness of the photosensitive liquid should be thicker than the thickness of the polymer. In this embodiment, the thickness of the photosensitive liquid is 6 um, It was confirmed that the sensitizing solution has a sufficient protective role in the polymer etching process. On the other hand, in the case of etching a mask made of metal, it can be seen that a distortion occurs around the periphery after etching (FIG. 4) because the thickness of the metal is thinner. From this, it is considered that the protective effect of the photoresist solution which is economical and simple in process is superior to the metal although it serves as a sufficient protection in the etching process.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

실시예 1의 결과로부터 감광액으로 제작된 마스크를 이용하여 BMR 출력, 챔버 내 압력, CF4/O2기체의 혼합비 변화에 따른 에칭속도를 테스트하였다. From the results of Example 1, the etching rate according to the BMR output, the pressure in the chamber, and the mixing ratio of the CF 4 / O 2 gas was tested using a mask made of a photosensitive liquid.

그 결과는 하기 표 1 내지 표 3, 도 5 내지 도 7에 나타내었다.The results are shown in Tables 1 to 3 and 5 to 7 below.

시편Psalter BMR power(W)BMR power (W) 온도Temperature
(℃)(° C)
CFCF 44
(sccm)(sccm)
OO 22
(sccm)(sccm)
압력pressure
(mTorr)(mTorr)
시간time
(min)(min)
에칭속도Etching rate
(nm/min)(nm / min)
1One 300300 8181 1010 7070 450450 44 42.542.5 22 600600 8181 1010 7070 450450 44 300300 33 900900 8181 1010 7070 450450 44 425425

상기 표 1은 BMR 작업출력 조건에 따른 폴리머 에칭속도를 나타낸 것이다. 이를 참고하면, 작업 출력이 높을수록 에칭속도가 42.5, 300, 425 nm/min으로 증가되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 작업출력이 높아질수록 에칭속도를 높일 수 있으나, 작업 출력이 900W보다 높을 때 에칭작업 시 감광액에 큰 손상을 일으킬 수 있으므로 작업출력은 900W 조건 하에 진행하는 것이 가장 바람직하다.Table 1 shows the polymer etching rate according to BMR operation output conditions. As a result, it can be seen that as the work output is higher, the etching rate is increased to 42.5, 300, and 425 nm / min. Therefore, the higher the work output, the higher the etch rate. However, when the work output is higher than 900 W, it may cause a large damage to the photosensitive liquid during the etching operation.

또한 도 5는 폴리머층의 표면 형태를 AFM(atomic force microscopy)에 의해 측정한 결과를 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 작업 출력의 증가에 따라 폴리머 표면 거칠기가 10.25 nm에서 19.26 nm로 증가하게 된다. 5 shows the result of measurement of the surface morphology of the polymer layer by AFM (atomic force microscopy). Referring to FIG. 5, the surface roughness of the polymer increases from 10.25 nm to 19.26 nm as the working output increases.

시편Psalter BMR power(W)BMR power (W) 온도Temperature
(℃)(° C)
CFCF 44
(sccm)(sccm)
OO 22
(sccm)(sccm)
압력pressure
(mTorr)(mTorr)
시간time
(min)(min)
에칭속도Etching rate
(nm/min)(nm / min)
44 900900 8181 1010 7070 300300 44 235235 55 900900 8181 1010 7070 450450 44 425425 66 900900 8181 1010 7070 600600 44 385385

상기 표 2는 압력에 따른 폴리머 에칭속도를 나타낸 것이다. 이를 참고하면, 압력이 각각 300mTorr에서 450mTorr으로 증가할 때, 에칭속도가 235, 425 nm/min으로 증가하였다가 다시 600mTorr로 증가한 경우에는 385 nm/min으로 다소 감소하는 것을 확인할 수 있다. Table 2 shows the polymer etching rate with pressure. As a result, it can be seen that when the pressure is increased from 300 mTorr to 450 mTorr, the etching rate is increased to 235 and 425 nm / min, and then increased to 600 mTorr to 385 nm / min.

또한 도 6은 BMR 작업출력이 900W 이고, CF4/O2=8sccm/72sccm로 고정된 경우 압력에 따른 폴리머층의 표면 형태를 AFM(atomic force microscopy)에 의해 측정한 결과를 나타낸 것으로, 이를 참조하면, 폴리머의 표면 형태는 비단조적(non-monotonic)으로 변화되며, 압력이 450 mTorr에서 최소 거칠기(roughness)를 나타낸다. 가장 높은 거칠기(roughness)는 600 mTorr의 압력에서 나타나는 것을 확인할 수 있다. 따라서 압력에 따라 거칠기를 제어할 수 있음을 확인할 수 있다. 6 shows the result of AFM (atomic force microscopy) measurement of the surface morphology of the polymer layer depending on the pressure when the BMR working output is 900 W and CF 4 / O 2 = 8 sccm / 72 sccm. , The surface morphology of the polymer changes non-monotonically and exhibits a minimum roughness at a pressure of 450 mTorr. The highest roughness appears at a pressure of 600 mTorr. Therefore, it can be confirmed that the roughness can be controlled by the pressure.

시편Psalter BMR power(W)BMR power (W) 온도Temperature
(℃)(° C)
CFCF 44
(sccm)(sccm)
OO 22
(sccm)(sccm)
압력pressure
(mTorr)(mTorr)
시간time
(min)(min)
에칭속도Etching rate
(nm/min)(nm / min)
77 900900 8181 00 8080 450450 33 5353 88 900900 8181 88 7272 450450 33 795795 99 900900 8181 1616 6464 450450 33 410410 1010 900900 8181 2424 5656 450450 33 200200 1111 900900 8181 3636 4848 450450 33 3030 1212 900900 8181 4040 4040 450450 33 00 1313 900900 8181 4848 3636 450450 33 00 1414 900900 8181 5656 2424 450450 33 00 1515 900900 8181 6464 1616 450450 33 00 1616 900900 8181 7272 88 450450 33 00 1717 900900 8181 8080 00 450450 33 00

상기 표 3은 에칭 가스로서 CF4/O2기체의 혼합비에 따른 폴리머 에칭속도를 나타낸 것이다. 이를 참고하면, CF4:O2=1:9 조건에 폴리머 에칭속도가 가장 빠르며 최대치는 795nm/min의 수준을 달할 수 있으며 공정요구를 만족시키는 것을 확인할 수 있다. 또한 반응기체로서 O2의 양이 50%보다 낮은 경우(시편 12~17)에는 반응하지 않아 에칭속도가 0인 것을 확인할 수 있다. Table 3 shows the polymer etching rate according to the mixing ratio of CF 4 / O 2 gas as the etching gas. As a result, it can be confirmed that the polymer etching rate is the fastest at the condition of CF 4 : O 2 = 1: 9 and the maximum value can reach the level of 795 nm / min and satisfies the process requirements. When the amount of O 2 as the reactive gas is lower than 50% (Specimens 12 to 17), the reaction does not occur and the etching rate is 0.

또한 도 7은 BMR 작업출력이 900W, 압력이 450mTorr이고, CF4/O2 기체 유속을 각각 0/80, 8/72, 16/64, 24/56, 및 32/48 sccm으로 할 때 폴리머층의 표면 형태를 AFM(atomic force microscopy)에 의해 측정한 결과를 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 폴리머의 표면 형태는 O2양의 증가에 따라 (0/80, 8/72, 16/64 sccm), 표면 형태는 9.56 nm에서 19.26 nm로, 22.89 nm로 변화하는 것으로 나타났다. 표면 거칠기의 증가에 대한 주요 이유는 보조 마스크로 에칭 표면에 산재해 있는 TiF x 및 (CF n +) m ,와 같은 낮은 휘발성 반응 생성물이 생성되었기 때문으로 판단된다. 즉, 불소 이온이 반응에 많이 참가할수록 생성물은 더 많아지고 에칭 표면은 더 거칠어지게 된다. 또한 O2양의 계속 증가에 따라 (16/64, 24/56, 및 32/48 sccm) 폴리머의 표면 형태는 22.89 nm에서 18.88 nm로, 17.35 nm로 향상되는 것을 알 수 있다.7 also shows that when the BMR working output is 900 W, the pressure is 450 mTorr, and the CF 4 / O 2 gas flow rates are 0/80, 8/72, 16/64, 24/56 and 32/48 sccm, respectively, (Atomic force microscopy) of the surface morphology. As a result, the surface morphology of the polymer was found to vary from 9.56 nm to 19.26 nm and to 22.89 nm as the amount of O 2 increased (0/80, 8/72, 16/64 sccm). The main reason for the increase of the surface roughness is thought to be the generation of low volatility reaction products such as TiF x and (CF n + ) m , scattered on the etching surface by the auxiliary mask. That is, the more fluorine ions participate in the reaction, the more the product is formed and the etched surface becomes rougher. It can also be seen that the surface morphology of the polymer improves from 22.89 nm to 18.88 nm, to 17.35 nm, with a continuous increase in the amount of O 2 (16/64, 24/56, and 32/48 sccm).

이로부터 균일하지 않은 에칭된 표면의 주원인은 스플릿 금속 마스크 물질 및 플라즈마 폴리머 잔류이고, 이는 에칭 영역에 분산되고 미시적 마스크를 형성할 수 있는데, O2의 첨가에 의하여 생성된 산소 플라즈마는 이러한 층을 제거할 수 있게 하여 표면 형태를 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. The main reason for the non-uniform etched surface from this is the split metal mask material and the plasma polymer residue, which can be dispersed in the etched area and form a microscopic mask, the oxygen plasma created by the addition of O 2 removes this layer And the surface morphology can be improved.

또한 도 8은 상기 폴리머 코팅, 에칭된 폴리머의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 조사 스펙트럼을 나타낸 것이다. 이를 통해 각 폴리머 표면 화학적 조성, 결합상태 및 질량/전하를 분석할 수 있다. 구체적으로 도 8(a)는 코팅된 폴리머의 특성을, 도 8(b)는 에칭된 폴리머의 특성을, 도 8(c)는 오버에칭된 폴리머의 특성을 도시한 것이다.8 shows XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) irradiation spectra of the polymer coating and the etched polymer. This allows analysis of the chemical composition, bonding state and mass / charge of each polymer surface. Specifically, Fig. 8 (a) shows the characteristics of the coated polymer, Fig. 8 (b) shows the characteristics of the etched polymer, and Fig. 8 (c) shows the characteristics of the overetched polymer.

이를 참고하면, 도 8(a)에서 코팅된 폴리머는 표면 근처에 Ti, O, N, 및 C를 포함하는 것을 확인할 수 있고, 285.0 eV부근의 스펙트럼 강도 피크는 탄화수소 오염물질로부터 C 1s로 기인한 것으로, 이는 스펙트럼 에너지를 보정하기 위한 기준으로 사용된다. 또한 도 8(b)를 참조하면, CF4/O2 에칭된 폴리머 표면 근처의 Ti, C, O, F, 및 N의 XPS 광전자 라인이 있고, F (KLL) (838.2 eV)에 대한 원자가 타입 오거 라인(valence-type Auger lines)이 확인될 수 있다. 또한 도 4(c)를 참조하면, CF4/O2 오버에칭된 폴리머 표면 근처의 Si의 XPS 광전자 라인이 있고, Ti도 그대로 남아있는 것을 확인할 수 있다. Referring to this, it can be seen that the coated polymer in Figure 8 (a) contains Ti, O, N, and C near the surface, and the spectral intensity peak near 285.0 eV is due to C 1 s Which is used as a reference for correcting the spectral energy. Referring also to Figure 8 (b), there are XPS optoelectronic lines of Ti, C, O, F, and N near the CF 4 / O 2 etched polymer surface and the valence type for F (KLL) (838.2 eV) Valence-type Auger lines can be identified. Referring also to Fig. 4 (c), there is an XPS optoelectronic line of Si near the CF 4 / O 2 overetched polymer surface, and Ti is left intact.

또한 도 9 및 도 10은 폴리머 에칭 후 잔류 이물질의 제거 테스트 결과를 나타낸 것이다. 9 and 10 show the test results of removal of residual foreign matter after polymer etching.

구체적으로 도 9는 폴리머 에칭 후 웨이퍼 표면에 남아있는 TiO2 이물질을 나타낸 것(a: ×1,000, b: ×15,000)으로, 이를 참고하면 폴리머 에칭 후 웨이퍼 표면에 TiO2가 잔류함을 확인할 수 있었다. Specifically, FIG. 9 shows a TiO 2 foreign substance remaining on the surface of the wafer after polymer etching (a: × 1,000, b: × 15,000). As a result, TiO 2 remained on the surface of the wafer after polymer etching .

또한 도 10은 잔류 이물질 TiO2 제거방법에 따른 잔류 이물질 제거 상태를 나타낸 것으로, (a)는 탈이온수 처리, (b) 산처리, (c) 알칼리 처리, (d) 초음파 및 아세톤을 이용하여 잔류 이물질을 제거한 것이다. 이를 참고하면, 탈이온수 처리시 대량의 이물질이 여전히 잔류함을 확인할 수 있고, 산처리 또는 알칼리 처리시에도 소량의 이물질은 남아있는 것을 확인할 수 있으며, 산처리만 한 경우에는 약간의 손상이 있는 것도 확인되었다. 반면 초음파 및 아세톤을 이용한 경우에는 폴리머 표면에 이물질이 남아있지 않고 깨끗하게 제거됨은 물론, 폴리머 표면의 감광액 마스크도 함께 제거할 수 있었다. 10 shows a state where residual foreign matter is removed according to the method of removing residual foreign matter TiO 2. FIG. 10A shows a state where the residual foreign matter is removed by using the deionized water treatment, the acid treatment, the alkali treatment, The foreign object is removed. As a result, it can be confirmed that a large amount of foreign matter still remains in the deionized water treatment, and a small amount of foreign matter remains even in the acid treatment or the alkali treatment. In the case of only the acid treatment, . On the other hand, in the case of using ultrasonic and acetone, not only the foreign matters remain on the polymer surface, but also the photoresist mask on the polymer surface can be removed together.

<제조예 1> 습도센서의 제조Production Example 1 Production of humidity sensor

본 제조예에서는 에칭된 폴리머를 이용하는 습도센서를 제조하였다. In this production example, a humidity sensor using an etched polymer was prepared.

그 제조공정을 도 11에 정리하여 나타내었는 바 구체적으로, 도 11(1)은 습도센서의 제조 공정을 모식화하여 나타낸 것이고, 도 11(2)는 제조공정에 따른 습도센서의 단면을 나타낸 것이며, 도 11(3)은 폴리머 에칭 공정에서 사용된 패터닝도를 나타낸 것이다. Fig. 11 (1) is a schematic representation of the manufacturing process of the humidity sensor, and Fig. 11 (2) is a cross-sectional view of the humidity sensor according to the manufacturing process , And Fig. 11 (3) shows the patterning diagram used in the polymer etching process.

구체적으로 방법은 다음과 같다. Specifically, the method is as follows.

(1) 클리닝(1) Cleaning

본 공정은 실리콘 칩과 유리기판을 사용하였으며, 우선 기판 표면의 클리닝 작업 후 부착력을 증가하기 위해 LPCVD(Low pressure chemical vapor deposition)를 이용해 기판 표면에 SiO2를 도포하였다. In this process, a silicon chip and a glass substrate were used. First, SiO 2 was coated on the substrate surface by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) in order to increase the adhesion force after cleaning the substrate surface.

(2) 하부 전극 증착(2) Lower electrode deposition

상기 기판 상에 감광액을 깔아놓은 후 만들어진 마스크를 이용하여 현상노출을 통해 얻을 수 있었으며, 금속 증발 장비로 Ti 및 Pt(Ti/Pt)를 100/200nm 두께로 증착하였고, 마지막으로 리프트 오프 설비로 클리닝하고 원하는 패턴이 남을 수 있도록 하였다. 도 12(1)에 Ti/Pt 증착 후 사진을 나타내었다. Ti and Pt (Ti / Pt) were deposited to a thickness of 100 / 200nm using a metal evaporator. Finally, the substrate was cleaned by lift-off equipment So that the desired pattern can be left. FIG. 12 (1) shows a photograph after Ti / Pt deposition.

(3) 폴리머 및 감광액 코팅(3) Polymer and photopolymer coating

스핀코터 설비를 이용하여 상기 하부 전극 상에 약 2 um로 폴리머를 도포(도 11(2)-a)한 후, 에칭 보호층으로 감광액을 약 6 um 두께로 도포(도 11(2)-b)하였다. 도 12(2)에 폴리머 및 감광액 코팅 후 사진을 나타내었다. 11 (2) -a) was applied on the lower electrode at a thickness of about 2 μm by using a spin coater facility, and then a photosensitive liquid was applied to the etching protection layer to a thickness of about 6 μm (FIG. 11 ). Fig. 12 (2) shows a photograph after coating the polymer and the photosensitive liquid.

(4) 폴리머 에칭(4) Polymer etching

BMR 에칭 설비를 이용하여 폴리머 에칭작업을 진행하였다(도 11(2)-c). 에칭 기체는 10% CF4와 90% O2를 이용하였고, 공정조건은 설비 작업출력 900 W, 온도 81도, 압력 450 mTorr, 시간 5분으로 하였다. 폴리머 에칭시 패턴은 도 11(3)의 패턴도를 이용하였다. 에칭 후 초음파와 아세톤으로 에칭 잔류 이물질을 제거하였다(도 11(2)-d). 도 12(3)에 BMR 에칭 설비로 폴리머 에칭 후 사진을 나타내었다. The polymer etching operation was performed using BMR etching equipment (Fig. 11 (2) -c). 10% CF 4 and 90% O 2 were used as the etching gas, and the process conditions were 900 W of the facility operation output, 81 ° C of temperature, 450 mTorr of pressure, and 5 minutes of time. The pattern for the polymer etching was the pattern shown in Fig. 11 (3). After the etching, ultrasonic waves and acetone were used to remove etch residue (Fig. 11 (2) -d). Fig. 12 (3) shows a photograph after polymer etching with BMR etching equipment.

(5) 상부 전극 증착(5) Top electrode deposition

상기 하부 전극 증착방법과 동일한 방법으로 Ti/Pt/Au금속을 100/100/300nm 두께로 증착하였다. 도 12(4)에 상부 전극 Ti/Pt/Au 증착 후의 사진을 나타낸 것이다. Ti / Pt / Au metal was deposited to a thickness of 100/100/300 nm in the same manner as the lower electrode deposition method. FIG. 12 (4) is a photograph of Ti / Pt / Au deposited on the upper electrode.

상기 실시예 및 제조예의 결과로부터 본 발명에 따르면 효율적인 에칭이 이루어지면서 표면거칠기를 얻을 수 있도록 한 폴리머 에칭 공정 조건을 확인하였고, 이로부터 폴리머 에칭에 의하여 정전용량형 습도센서를 제조할 수 있어, 터치 패널에 적용될 수 있음을 확인할 수 있다. From the results of the examples and the production examples, it was confirmed that the conditions of the polymer etching process for obtaining the surface roughness with efficient etching were confirmed according to the present invention. From this, the capacitance type humidity sensor can be manufactured by polymer etching, It can be confirmed that the invention can be applied to a panel.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the embodiments described above are intended to be illustrative, but not limiting, in all respects.

Claims (3)

습도센서를 포함하는 터치 패널에 있어서,
상기 습도센서는 기판; 상기 기판 상에 소정의 영역으로 형성된 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상부에 패터닝된 폴리머로 형성된 감습층; 및 상기 감습층 상부에 형성된 상부 전극층을 포함하는 정전용량형 습도센서이고,
상기 감습층은 폴리이미드계 물질을 스핀 코팅 및 열처리를 통하여 폴리머를 경화시켜 형성한 후, 마스크 패턴을 이용한 식각 처리를 통하여 폴리머를 패터닝함으로써 형성되며,
상기 마스크 패턴을 이용한 식각처리시, 감광액을 이용하여 제작된 마스크를 이용하고, 소정의 챔버 내의 진공을 400~500 mTorr, 전력을 600~900W, 기판 온도를 70~90℃ 범위로 하여 CF4/O2 가스로 플라즈마 에칭한 후, 초음파와 아세톤으로 에칭잔류이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.
In a touch panel including a humidity sensor,
The humidity sensor comprising: a substrate; A lower electrode layer formed on the substrate in a predetermined region; A sensing layer formed of a polymer patterned on the lower electrode layer; And an upper electrode layer formed on the humidity sensing layer,
The humidity layer is formed by forming a polymer by curing a polyimide-based material through spin coating and heat treatment, and then patterning the polymer through an etching process using a mask pattern.
When the etching process using the mask pattern, using a mask produced using the photosensitive liquid, to a power of 400 ~ 500 mTorr, a vacuum within a given chamber with 600 ~ 900W, 70 a substrate temperature of ~ 90 ℃ range of CF 4 / Plasma etching is performed with an O 2 gas, and ultrasonic waves and acetone are used to remove etching residues.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리이미드계 물질은, 용매에 디아민(diamine) 및 디언하이드라이드(dianhydride)를 첨가하여 중합반응시켜 제조하되, 용매 100 중량부에 대하여, 디아민 5 ~ 20 중량부 및 디언하이드라이드 10 ~ 20 중량부를 첨가하여 10 ~ 35℃에서 4 ~ 8시간동안 중합반응시켜 고형분 함량이 15 ~ 20 중량%가 되도록 제조한 것으로,
상기 용매는, N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide(DMAc)), 디메틸포름아미드(dimethylformamide(DMF)) 또는 N-메틸-2-피로리돈(N-methyl-2-pyrrolidone(NMP)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하며, 상기 디아민은, 파라페닐렌디아민(p-phenylene diamine(p-PDA)), 4,4'-옥시디어닐린(4,4'-oxydianiline(ODA)) 또는 4,4'-메틸렌디어닐린(4,4'-methylenedianiline(MDA)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하고, 상기 디언하이드라이드는, 프탈릭 언하이드라이드(Phthalic anhydride(PA)), 피로멜리틱 디언하이드라이드(Pyromellitic dianhydride(PMDA)), 3,3',4,4'-비페닐트테라카복실릭 디언하이드라이드(3,3',4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride(BPDA)) 또는 4,4'-옥시디프탈릭 디언하이드라이드(4,4'-oxydiphthalic anhydride(ODPA)) 중에서 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 터치 패널.
The method according to claim 1,
The polyimide-based material is prepared by adding diamine and dianhydride to a solvent to effect polymerization. The polyimide-based material is prepared by mixing 5 to 20 parts by weight of diamine and 10 to 20 parts by weight of dianhydride And the mixture is polymerized at 10 to 35 ° C for 4 to 8 hours to prepare a solid content of 15 to 20% by weight.
The solvent may be selected from the group consisting of N, N-dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF) or N-methyl-2-pyrrolidone ), And the diamine is used in combination of two or more of them. Examples of the diamine include p-phenylene diamine (p-PDA), 4,4'-oxydianiline ODA) or 4,4'-methylenedianiline (MDA), and the above dianhydride is used in combination with phthalic anhydride ( PA), pyromellitic dianhydride (PMDA), 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride (3,3', 4,4'-biphenyltetracarbocylic dianhydride (BPDA)), 4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA), or a combination of two or more thereof.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 터치 패널을 포함하는 디스플레이 장치. A display device comprising the touch panel according to claim 1 or 2.
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